Close Menu
ناس مصر
  • الرئيسية
  • اخر اخبار
  • سياسة
  • اقتصاد
  • تكنولوجيا
  • رياضة
  • علوم وصحة
  • مقالات
  • منوعات

اشترك في الإشعارات

انضم الى قائمة الإشعارات البريدية ليصلك كل جديد مباشرة الى بريدك الإلكتروني

رائج الآن

هل يجب الإفصاح عن النفقة والضمان الاجتماعي من ضمن مصادر الدخل بحساب المواطن؟.. البرنامج يوضح

وزير الدولة للشؤون الخارجية يجتمع مع وزير الخارجية بالبوسنة والهرسك

بعد إصابته بافتتاحية كأس العرب.. تقرير طبي بحالة لاعب العنابي عاصم مادبو

فيسبوك X (Twitter) الانستغرام
فيسبوك X (Twitter) الانستغرام
ناس مصر
النشرة البريدة
  • الرئيسية
  • اخر اخبار
  • سياسة
  • اقتصاد
  • تكنولوجيا
  • رياضة
  • علوم وصحة
  • مقالات
  • منوعات
ناس مصر
أنت الآن تتصفح:الرئيسية»علوم وصحة»بقيادة فيزيائي مصري.. علماء هارفارد يصنعون معالجات كمومية فائقة النحافة
علوم وصحة

بقيادة فيزيائي مصري.. علماء هارفارد يصنعون معالجات كمومية فائقة النحافة

فريق التحريرفريق التحريرالخميس 14 أغسطس 2:32 م00
شاركها فيسبوك تويتر واتساب بينتيريست لينكدإن Tumblr تيلقرام البريد الإلكتروني

نجح فريق بحثي من جامعة هارفارد في تحقيق “تشابك كمومي” لفوتونات الضوء باستخدام مادة شفافة نانوية أرقّ بكثير من شعرة الإنسان، ولا يتجاوز سُمكها جزءًا من ألف من المليمتر.

نشر الفريق دراسته حديثا في دورية “ساينس”، ويرأس مؤلفيها الباحث المصري كيرلس موسي عجايبي يوسف، طالب الدكتوراه في الفيزياء التطبيقية بجامعة هارفارد، الذي يقول في تصريحات حصرية للجزيرة نت: “بهذه التقنية، يمكن استبدال رفوف من العدسات والمرايا ومقسّمات الشعاع والعديد من اللوحات الموجيّة وأجهزة الاستقطاب التقليديّة بشريحة واحدة متناهية الصغر، ممّا يُمهِّد لتكبير الأنظمة الكمومية الضوئية بسهولة وأمان”.

ويضيف: “لقد قمنا بضغط مختبر بصريات كمومي كامل في طبقة فائقة النحافة، هذه الخطوة تضعنا على عتبة حواسيب وشبكات كمومية قابلة للتصنيع والتوسّع”.

على اليمين، الباحث كيرلس موسي أثناء مراجعة التجارب (كيرلس موسي)

شريحة أصغر من طابع بريد

في الحواسيب التقليدية يحمل كل بِت، وهو أصغر وحدة قياس للمعلومات الممكن نقلها، قيمة واحدة إما 0 أو 1، لذلك يُعرف بالنظام الثنائي. يتحول كل شيء في حاسوبك إلى هذين القيمتين كي يتمكن من التعامل معها، فكل صورة أو فيديو أو نص كتابي، وكل برنامج معقد أو تطبيق أو موقع تواصل اجتماعي عبارة عن مجموعة من الأصفار والآحاد.

تحدث العمليات الحسابية عبر بوابات منطقية متتابعة تعتمد على هاتين القيمتين، بحيث تدخل بأشكال مختلفة إلى هذه البوابات وتخرج بقيمة محددة تعتمد حصرا وتتغير بحسب المُدخلات.

كما تختلف أنواع البوابات المنطقية بحسب العمليات المراد القيام بها، فعملية جمع رقمين تختلف في البوابات المنطقية المستخدمة عن عملية الضرب أو القسمة، كل منها يحتاج خريطة من البوابات المنطقية المتتالية تختلف بحسب نوع العملية. تلك البوابات هي اللبنات الأساسية التي تُبنى عليها جميع الأنظمة الرقمية كالحواسيب والهواتف الذكية وكل الأجهزة التي نستخدمها يوميا.

لا يحمل البت إلا قيمة واحدة، إما صفرا أو واحدا، أمّا في الحوسبة الكموميّة فيُستبدَل البِت بالبت الكمومي، أو ما يعرف اختصارا بالـ”كيوبت”، وبسبب خصائصه وتحديدا خاصية التراكب الكمومي، يمكن أن يكون في حالتَي الـ0 والـ1 معا.

ليس هذا فحسب، يضيف يوسف: “يمكن لكيوبِتات متعدّدة أن ترتبط عبر التشابك الكمومي بحيث يصبح قياس أحدها كافيا لتحديد حالة الآخرين فورا. هذه الظواهر تُمكّن الحواسيب الكمومية من تنفيذ حسابات هائلة السرعة، مثل محاكاة الجزيئات المعقّدة أو كسر الشفرات الطويلة، وهي مهامّ تتطلّب من الحواسيب الكلاسيكية سنوات أو قد تكون مستحيلة عمليّا”.

رسم توضيحي فني لسطح فائق ثنائي الأبعاد (جوشوا مورنهينويج - جامعة هارفارد)
رسم توضيحي فني لسطح فائق ثنائي الأبعاد (جوشوا مورنهينويج – جامعة هارفارد)

مشكلات التشابك

التشابك الكمي باختصار هو ظاهرة في ميكانيكا الكم، فيها جسيمان (مثل فوتونين أو إلكترونين) يصبحان مرتبطين بطريقة تجعل حالة أحدهما مرتبطة مباشرة بحالة الآخر، حتى لو كانا على مسافات شاسعة.

والفكرة الأساسية تقوم على أن تقيس الجسيم الأول فتعرف فورا حالة الجسيم الثاني، هذا يحدث لحظيا، وكأن بينهما “اتصالا فوريا” يتجاوز حدود المسافة والوقت، حتى لو كان بين الجسيمين ملايين السنين الضوئية. هذه اللحظية هي ما دفع ألبرت أينشتاين لوصف الظاهرة بأنها “تأثير شبحي عن بُعد”.

تحتاج الحواسيب الكمومية إلى درجات حرارة شديدة الانخفاض للحفاظ على تماسك الكيوبت، لكن عندما يُشفَّر الكيوبِت في فوتون ضوئي (أي أن نستعمل خواص الفوتون مثل اتجاه الاستقطاب أو الطور لتمثيل المعلومات الكمية) نحصل على حاسوب كمومي فوتوني قادر على العمل في درجة حرارة الغرفة مع حصانة طبيعية ضد الضوضاء الحرارية.

ورغم مميزات الحاسوب الكمومي الفوتوني عن الحاسوب الكمومي التقليدي، فإن هناك مشكلة، يقول يوسف: “اصطدم توسيع الأنظمة الفوتونيّة بعائقٍ مادّي واضح، كل فوتون إضافي كان يحتاج شبكة جديدة من العدسات والمرايا ومقسِّمات شعاع تمتد أمتارا على طاولة المختبر، مع ضبطٍ ميكانيكي شديد ودفع ثمن فاقد ضوئي متراكم”.

Close up of quantum computing device
الفريق يأمل تصغير أنظمة الحوسبة الكمومية إلى شريحة يمكن تركيبها في ساعة يد (غيتي)

ما هي الأسطح الفائقة ثنائية الأبعاد؟

ولحل تلك المشكلة استخدم الفريق البحثي “الأسطح الفائقة ثنائية الأبعاد” (كوانتم ميتاسرفسيز) وهي طبقة شفافة نانوية البنية، أقل سماكة من شعرة الإنسان، تمتلئ بنقوش مجهرية أصغر من الطول الموجي للضوء نفسه.

تقوم هذه النقوش بدور مهندس محترف يمتلك الأدوات والعدسات اللازمة ليعيد تشكيل خصائص الفوتونات الضوئية العابرة، مثل الاستقطاب والطور والاتجاه.

ويضيف يوسف: “هي طبقة تُعيد هندسة الضوء من الداخل، فتوفر وظائف بصرية كمومية معقدة مثل التداخل والتشابك داخل شريحة لا تُرى بالعين المجرَّدة، ومن دون أي أجزاء متحركة”، وبعيدا عن الكثير من التعقيد، فهذه القدرة على التحكم في حالة الفوتون تشبه تماما قدرة البوابات المنطقية على معالجة العمليات الحسابية المختلفة المكونة من الـ”0 و1”.

وبعد نجاح الأسطح الفائقة ثنائية الأبعاد في تقليص الأنظمة البصرية التقليدية، تساءل يوسف ما إذا كان بالإمكان تطبيق هذا التقليص ليشمل مجال الحوسبة الكمومية، ويقول: “عبقرية تلك الأسطح الفائقة تكمن في قدرتها على ضغط كل البوابات الكمومية في طبقة ثابتة واحدة، لتنتهي بذلك مشكلة الحجم وضبط العناصر الدقيقة”.

لإثبات كفاءة هذه الطبقة في تنفيذ عمليات كمومية حقيقية، استخدم الفريق ظاهرة معروفة في البصريات الكمومية تُسمى تأثير “هونغ-أو-ماندل”. تخيّل بابا له مخرجان، وفوتونين متطابقين يقتربان من الباب في اللحظة نفسها، كل منهما من جهة مختلفة.

في العالم الكلاسيكي الذي نعرفه (عالم فيزياء الأشياء الكبيرة مثل الطائرات والسيارات وأجسامنا الحية)، نتوقع أن يخرج فوتون واحد من كل مخرج. لكن في العالم الكمّي، تحدث مفاجأة، فإذا كان الفوتونان متطابقين تماما، فإنهما يتشابكان ويفضّلان الخروج معا كرفيقين من المَخرج نفسه!

ويُعد انخفاض احتمال خروج هذين الفوتونين من مَخرجين مختلفين وارتفاع احتمال خروجهما من المَخرج نفسه دليلا مباشرا على التداخل الكمومي وتشابك الفوتونات.

ويوضح يوسف: “أجرينا أول تجربة بفوتونين كموميين متزامنين، ورصدنا تداخلا كموميا داخل طبقة واحدة فقط، بلا أي بصريات إضافية، وكانت النتائج متوافقة تماما مع حساباتنا النظرية”.

ثم تابع: “الهبوط الحاد في احتمالات الكشف عن الفوتونات في مسارات مختلفة أكد لنا أن الشريحة قادرة على تنفيذ التداخل والتشابك داخل هذا السُمك متناهي الصغر، والذي لا يتجاوز 0.0008 ملم”.

شبكة كمّومية!

ولجعل الظاهرة قابلة للاستخدام على مستويات أعلى، اعتمد الفريق نهجا مبتكرا باستخدام نظرية تُعرف باسم نظرية “الرسوم البيانية”. هذا النهج سمح بتصميم شريحة كمومية متعددة المخارج تحقق تشابكات كمومية متنوعة، ليس فقط من النوع “هونغ-أو-ماندل” بل أيضا المضاد له، أي خروج الفوتونين المتطابقين من مخارج مختلفة، مما يتيح تحكما مرنا في توزيع الفوتونات على المخارج.

نتائج هذه الدراسة لا تقتصر على المعالجة الكمومية فقط، بل تفتح آفاقا واسعة أمام تطبيقات مستقبلية، مثل إنشاء شبكات كمومية موزعة لتبادل مفاتيح التشفير الآمن، وتصنيع معالِجات ضوئية كمومية في أقمار صناعية صغيرة، وتطوير مجسّات كمومية فائقة الحساسية يمكن تثبيتها في بيئات قاسية لقياس الحقول الكهرومغناطيسية أو الكيميائية.

ويقول يوسف بتطلّع: “نأمل أن تُمكّننا هذه التقنية من تصغير أنظمة الحوسبة الكمومية إلى شريحة يمكن تركيبها في ساعة يد، مما سيحدث نقلة نوعية في تكنولوجيا الكمّ”.

رغم النجاح الكبير الذي حققته هذه الدراسة، يرى يوسف أن الطريق لا يزال طويلا نحو التطبيقات التجارية، ويقول: “التحدي الحقيقي الآن هو تقليل الفاقد البصري وتحسين أداء الشريحة في بيئات غير مثالية. لكننا واثقون أن بنية السطوح الفائقة ثنائية الأبعاد تفتح الباب أمام مستوى جديد من التكامل الكمومي لا يمكن تحقيقه بالأنظمة التقليدية”.

شاركها. فيسبوك تويتر بينتيريست واتساب تيلقرام البريد الإلكتروني

المقالات ذات الصلة

الخمر والمشروبات المحلاة تؤدي لسقوط الشعر

علوم وصحة الأربعاء 10 سبتمبر 5:48 م

النحل الطنان يلعب: اكتشاف يغير نظرتنا إلى عقول الحشرات

علوم وصحة الأربعاء 10 سبتمبر 4:52 م

تحدي السرطان.. من التشخيص المبكر إلى الشفاء والتعايش الطبيعي

علوم وصحة الأربعاء 10 سبتمبر 4:48 م

دراسة: رحلات الفضاء تسرع شيخوخة الخلايا الجذعية المكونة للدم

علوم وصحة الأربعاء 10 سبتمبر 2:45 م

الجزيرة نت تنشر أولى صور خسوف “القمر الدموي”

علوم وصحة الأربعاء 10 سبتمبر 1:50 م

بريطانيا تطلق دراسة ستتبع آلاف الأطفال طوال حياتهم

علوم وصحة الأربعاء 10 سبتمبر 12:43 م

دراسة تحذر من أن المُحليات الصناعية قد تسرع التدهور الإدراكي

علوم وصحة الأربعاء 10 سبتمبر 11:41 ص

كيف يتخلص مخ الإنسان من النفايات؟

علوم وصحة الأربعاء 10 سبتمبر 10:40 ص

من الشياطين للنيران والحروب.. لماذا خشي البشر “القمر الدموي”؟

علوم وصحة الأربعاء 10 سبتمبر 9:45 ص
عاجل الآن

الذكاء الاصطناعي في الهندسة المدنية

الأحد 11 فبراير 12:15 ص81 زيارة

أمانة جازان تُنفّذ جولات رقابية على المباني تحت الإنشاء بمحافظة أبو عريش

الأحد 10 ديسمبر 6:31 ص63 زيارة

هل ينفذ ترامب تهديداته وينسحب من الوساطة الأوكرانية الروسية؟

الإثنين 01 سبتمبر 9:05 ص56 زيارة

‫ اعتبارا من الغد.. التجارة تعلن عن بدء تقديم خدمات النافذة الواحدة خلال الفترة المسائية

السبت 01 فبراير 3:55 م52 زيارة

جامعة نجران تعلن تمديد فترة القبول في برامج الدبلومات “المدفوعة”

الثلاثاء 05 أغسطس 5:06 م49 زيارة
Demo
رائج الآن

هل يجب الإفصاح عن النفقة والضمان الاجتماعي من ضمن مصادر الدخل بحساب المواطن؟.. البرنامج يوضح

بواسطة فريق التحريرالسبت 06 ديسمبر 6:29 م

وزير الدولة للشؤون الخارجية يجتمع مع وزير الخارجية بالبوسنة والهرسك

بواسطة فريق التحريرالسبت 06 ديسمبر 6:27 م

بعد إصابته بافتتاحية كأس العرب.. تقرير طبي بحالة لاعب العنابي عاصم مادبو

بواسطة فريق التحريرالسبت 06 ديسمبر 6:24 م
رائج الآن

هل يجب الإفصاح عن النفقة والضمان الاجتماعي من ضمن مصادر الدخل بحساب المواطن؟.. البرنامج يوضح

وزير الدولة للشؤون الخارجية يجتمع مع وزير الخارجية بالبوسنة والهرسك

بعد إصابته بافتتاحية كأس العرب.. تقرير طبي بحالة لاعب العنابي عاصم مادبو

اخترنا لك

وزير الدولة للشؤون الخارجية يجتمع مع وزير الخارجية بالبوسنة والهرسك

بعد إصابته بافتتاحية كأس العرب.. تقرير طبي بحالة لاعب العنابي عاصم مادبو

اتفاق بين فيزا ومصرف سوريَة المركزي لبناء منظومة مدفوعات رقمية حديثة

اشترك في الإشعارات

انضم الى قائمة الإشعارات البريدية ليصلك كل جديد مباشرة الى بريدك الإلكتروني

2025 © ناس مصر. جميع حقوق النشر محفوظة.
  • من نحن
  • سياسة الخصوصية
  • الشروط والاحكام
  • اتصل بنا

اكتب كلمة البحث ثم اضغط على زر Enter